Память Twistor — это форма компьютерной памяти , образованная путем обмотки магнитной лентой токопроводящего провода. С точки зрения эксплуатации твистор был очень похож на сердечниковую память . Твистор также мог использоваться для создания ПЗУ , включая перепрограммируемую форму, известную как Piggyback-твистор . Обе формы могли изготавливаться с использованием автоматизированных процессов, что, как ожидалось, должно было привести к гораздо более низким производственным затратам, чем системы на основе сердечников.
Представленный Bell Labs в 1957 году, первым коммерческим применением стал коммутатор 1ESS , который был введен в эксплуатацию в 1965 году. Twistor использовался лишь недолгое время в конце 1960-х и начале 1970-х годов, когда полупроводниковые запоминающие устройства заменили почти все более ранние системы памяти. Основные идеи, лежащие в основе twistor, также привели к разработке пузырьковой памяти , хотя она имела столь же короткий коммерческий срок службы.
В сердечниковой памяти небольшие кольцевые магниты — сердечники — пронизаны двумя скрещенными проводами X и Y , образуя матрицу, известную как плоскость . Когда один провод X и один провод Y запитаны, магнитное поле генерируется под углом 45 градусов к проводам. Магниты сердечника сидят на проводах под углом 45 градусов, поэтому один сердечник, обернутый вокруг точки пересечения запитанных проводов X и Y, будет подвергаться воздействию индуцированного поля.
Материалы, используемые для магнитов сердечника, были специально выбраны так, чтобы иметь очень «квадратный» рисунок магнитного гистерезиса . Это означало, что поля чуть ниже определенного порога ничего не сделают, но поля чуть выше этого порога приведут к тому, что сердечник будет подвержен влиянию этого магнитного поля; он резко перевернет свое состояние намагниченности. Квадратный рисунок и резкие состояния переворота гарантируют, что один сердечник может быть адресован в пределах сетки; соседние сердечники будут видеть немного другое поле и не будут затронуты.
Основная операция в памяти на сердечнике — запись. Это достигается путем подачи питания на выбранные провода X и Y до уровня тока, который сам по себе создаст ½ критического магнитного поля. Это приведет к тому, что поле в точке пересечения станет больше точки насыщения сердечника, и сердечник подхватит внешнее поле. Единицы и нули представлены направлением поля, которое можно задать, просто изменив направление тока в одном из двух проводов.
В памяти сердечника третий провод — линия считывания/запрета — необходим для записи или чтения бита . Чтение использует процесс записи; линии X и Y запитываются таким же образом, как и для записи «0» в выбранный сердечник. Если в это время этот сердечник содержал «1», то магнитное состояние переключается на «0», и переход вызывает короткий импульс электричества, индуцируемый в линии считывания/запрета. Если импульс не виден, то переключения не произошло, таким образом, сердечник уже содержал «0». Этот процесс является разрушительным; если сердечник содержал «1», этот шаблон разрушается во время чтения и должен быть повторно установлен в последующей операции.
Линия считывания/запрета является общей для всех ядер в определенной плоскости, что означает, что только один бит может быть прочитан (или записан) за раз. Плоскости ядер обычно были сложены для хранения одного бита слова на плоскость, и слово могло быть прочитано или записано за одну операцию, работая со всеми плоскостями одновременно.
Между операциями чтения и записи данные хранились магнитно. Это означает, что ядро является энергонезависимой памятью .
Изготовление сердечника было серьезной проблемой. Провода X и Y должны были быть продеты через сердечники в виде переплетения, а линия считывания/запрета проходила через каждый сердечник в плоскости. Несмотря на значительные усилия, никому не удалось автоматизировать производство сердечника, [ необходима цитата ] которое оставалось ручной задачей вплоть до 1970-х годов. Чтобы увеличить плотность памяти , приходилось использовать меньшие сердечники, что значительно увеличивало сложность их подключения к линиям.
Ранняя итерация Twistor включала витую ферромагнитную проволоку, продетую через ряд концентрических соленоидов. Более длинный соленоид был катушкой SENSE, более короткий — катушкой WRITE. Один бит записывался путем импульсной подачи на катушку WRITE тока + (1) или - (0), достаточного для намагничивания спиральной области под катушкой в одном из двух направлений. На одном конце растянутой проволоки находился соленоид READ — при импульсной подаче он посылал акустическую волну через провод. Когда акустический импульс проходил под каждой катушкой SENSE, он индуцировал небольшой электрический импульс, либо +, либо - в зависимости от направления намагничивания области провода. Таким образом, с каждым импульсом можно было последовательно считывать «байт».
Twistor был похож по концепции на сердечниковую память, но заменил круглые магниты магнитной лентой для хранения шаблонов. Лента была обернута вокруг одного набора проводов, эквивалента линии X, таким образом, что она образовывала 45-градусную спираль . Провода Y были заменены соленоидами, обматывающими несколько проводов твистора. Выбор конкретного бита был таким же, как в сердечнике, с одной линией X и Y, которая была запитана, создавая поле под углом 45 градусов. Магнитная лента была специально выбрана, чтобы допускать намагничивание только по длине ленты, поэтому только одна точка твистора имела бы правильное направление поля для намагничивания.
В оригинальной системе твисторов использовалась лента из пермаллоя, обернутая вокруг медной проволоки толщиной 3 мила. Для любой заданной длины провода лента наматывалась только на первую половину. Затем медная проволока сгибалась в точке, где заканчивалась лента, и прокладывалась вдоль части с лентой, образуя обратный проводник. Это означало, что все соединения находились на одном конце. Несколько таких линий твисторов укладывались бок о бок, а затем ламинировались в пластиковый лист из ПЭТ-пленки , при этом твисторы и их обратные провода находились на расстоянии около 1/10 дюйма друг от друга. Типичная лента могла иметь пять проводов твисторов и их обратные провода, поэтому лист был чуть более дюйма шириной. Соленоид был сконструирован аналогичным образом, состоя из ряда медных лент шириной 0,15 дюйма, ламинированных в пластиковую ленту тех же основных размеров, что и твистор. В отличие от традиционного соленоида со многими витками провода вокруг открытого сердечника, эта система по сути представляла собой не более чем отдельные провода в листе пластика.
Чтобы построить полную систему памяти, лист соленоида был разложен плоско, скажем, вдоль направления X, а затем лист твистора был положен сверху под прямым углом к нему вдоль оси Y. Затем лента соленоида была сложена так, что она обернула лист твистора, образовав ряд соленоидов в форме U. Теперь еще один слой ленты соленоида был наложен поверх первого, лента твистора была сложена так, чтобы теперь она проходила вдоль отрицательной оси Y через верхнюю часть новой ленты соленоида, а затем лента соленоида была сложена, чтобы сформировать второй набор петель. Этот процесс продолжается до тех пор, пока полоска твистора не «исчерпается», образуя компактный куб памяти. Вдоль одной стороны памяти, соединенной с каждой из петель соленоида, была серия небольших сердечников, используемых исключительно для переключения (их первоначальное назначение, развитие как памяти пришло позже).
Основная причина разработки твистора Беллом заключается в том, что процесс может быть высоко автоматизирован. Хотя процесс складывания, завершающий твистор, мог выполняться вручную, укладка и ламинирование листов легко выполнялись машиной. Улучшенные версии твистора также обертывали секцию голой меди, изначально использовавшуюся исключительно для обратного пути, тем самым удваивая плотность без каких-либо изменений в производственных технологиях.
Запись в твистор фактически идентична записи в ядро; конкретный бит выбирается путем подачи питания на один из проводов твистора и одну из соленоидных петель на половину требуемой мощности, так что требуемая напряженность поля создается только на их пересечении.
Чтение использовало другой процесс. В отличие от сердечника, твистор не имел линии считывания/запрета. Вместо этого он использовал больший ток в соленоиде, достаточно большой, чтобы перевернуть все биты в этом цикле, а затем использовал провода твистора в качестве линии чтения.
Таким образом, Twistor считывался и записывался по одной плоскости за раз, а не в ядре, где одновременно мог использоваться только один бит на плоскость.
Twistor можно было модифицировать для создания ПЗУ, которое можно было бы легко перепрограммировать. Для этого половина каждой петли соленоида была заменена алюминиевой картой, в которую были встроены крошечные стержневые магниты из викаллоя . Поскольку соленоиды должны были быть полными контурами, чтобы через них мог протекать ток, они все еще были вставлены как сложенные листы, но в этом случае петля была вставлена между складками твистора, а не вокруг них. Это позволяло одному листу действовать как половина петли соленоида для двух складок твистора, сверху и снизу. Чтобы завершить петлю, карта магнитов была помещена на другую сторону ленты твистора.
Чтения выполнялись путем подачи питания на соленоид до точки, примерно равной половине необходимой для записи. Это поле «отражалось» алюминиевым листом, замыкая контур магнитным образом. Результирующее поле было больше силы записи, заставляя пермаллоевое состояние переворачиваться. Если бит находился рядом с ненамагниченным стержневым магнитом на карте, поле не было противодействующим, и переворот вызывал импульс тока в твисторе, считывая «1». Однако, намагничивая стержень в этом бите, стержневой магнит противодействовал полю, создаваемому током соленоида, заставляя его быть ниже силы записи и предотвращая переворот. Это считывало «0».
Твистор с постоянным магнитом (PMT) был перепрограммирован путем удаления пластин и размещения их над специальным пишущим устройством. Викалой использовался, поскольку для его перемагничивания требовалось гораздо больше энергии, чем для пермаллоевой ленты, так что система никогда не приблизилась бы к повторной установке постоянных магнитов во время использования в системе памяти. Система пишущего устройства использовала гораздо большие токи, которые преодолевали это сопротивление.
PMT, который использовался в системе 1ESS, использовал модули с 128 картами с 2818 магнитами (для 64 44-битных слов) на каждой. Это дало модуль с 8192 словами (8 кибислов ). Полное хранилище использовало 16 модулей, что в общей сложности составило 131 072 слова (128 кибислов), что эквивалентно 720 896 8-битным байтам (704 КиБ).
Другая форма твисторного ПЗУ заменила карты с постоянными магнитами второй магнитной лентой, обернутой вокруг первой на твисторных линиях, в конфигурации «piggyback». Эта лента была покрыта кобаллой вместо пермаллоя, который гораздо «жестче» магнитно, требуя примерно в два раза больше поля для переворота. Чтобы сделать систему еще жестче, лента из кобаллой была примерно в два с половиной раза толще, чем из пермаллоя, поэтому результирующая напряженность поля была в пять раз больше. Внешний ток, необходимый для переворота состояния ленты из кобаллой, был примерно в 15 раз больше обычного рабочего тока.
Операции чтения в piggyback идентичны версии с постоянным магнитом. Запись была немного сложнее из-за того, что все piggyback-твисторы имели магнитную ленту по всей длине провода X. Это означало, что любой соленоид обматывал как записываемый бит, так и бит на участке обратного провода. Чтобы установить и то, и другое, а не другое, соленоид сначала питался в одном направлении, а затем в другом, в то время как ток в линии твистора оставался постоянным. Это создавало два магнитных поля по очереди, одно из которых было выровнено с первым участком провода, а затем со вторым. Все чтения и записи выполнялись на парных битах таким образом.
Twistor использовался в ряде приложений. Значительная часть финансирования разработки была предоставлена ВВС США , поскольку twistor должен был использоваться в качестве основной памяти в проекте LIM-49 Nike Zeus .
В Соединенных Штатах компания Bell System ( American Telephone & Telegraph ) также использовала твисторы с постоянными магнитами в качестве «программного хранилища» или основной памяти в своей первой электронной телефонной коммутационной системе 1ESS , а также в других электронных телефонных коммутаторах серии ESS , и делала это вплоть до коммутатора 4ESS, представленного в 1976 году и продававшегося в 1980-х годах.
Кроме того, твистор использовался в системе позиционирования службы дорожного движения (TSPS), которая пришла на смену кабельным телефонным коммутаторам компании Bell и контролировала обработку вызовов и сбор монет за местные и международные звонки.
К 2017 году все оставшиеся установки TSPS и ESS, используемые для предоставления телефонной связи в сельских районах США, были удалены. Некоторые системы могут оставаться в эксплуатации в Мексике и Колумбии , где многие американские системы были проданы и переустановлены после того, как были удалены из эксплуатации в США. [ необходима цитата ]